PLC原理及应用

1,第一章.PLC概述,2,1.1PLC的产生与发展,3,(1987年，国际电工委员会)可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,PLC的定义,可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicalController）简称PLC,4,继电器控制系统的明显缺点：*体积大，可靠性低，查找故障困难，*特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对生产工艺变化的适应性差，*改造工期长、费用高。计算机系统的优点：灵活性、通用性好,PLC的产生背景,5,1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想，即(1)能用于工业现场。(2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。(3)出现故障时易于诊断和维修。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC，型号为PDP-14。我国1974年研制，77年应用。,6,PLC的发展历史,第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。,第二代：70年代初至70年代末。,CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。小型计算机,CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。,有了计算机接口和模拟量控制功能。,功能简单（只有计数/定时功能）。,功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。,7,第三代：70年代末到80年代中期。,CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。,梯形图语言及语句表成熟。,小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。,大型PLC向模块化、多功能方向发展。,8,第四代：80年代中期到90年代中期。,第五代：90年代中期之后。,增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。,处理速度进一步提高。,连网功能增强。,编程语言进一步完善，开发了编程软件。,CPU使用16位或32位微处理器。,PLC的I/O点增加，最多可达32K个I/O点。,具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。,开发了大量的特殊功能模块。,9,。从技术上看：PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。从规模上看：PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。从配套性上看：PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备的方向发展。从网络通信的角度看：PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。,PLC的发展趋势,10,对小型PLC,对大中型PLC,向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。,向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。,11,1.2PLC的主要特点与应用领域,12,通用性和灵活性强；,2.抗干扰能力强，可靠性高；,3.编程语言简单易学；,4.系统的设计、安装、调试、维修工作量少；,5.功能强、功能的扩展能力强；,6.体积小、重量轻、易于机电一体化；,PLC的主要特点,13,PLC的应用领域,开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制运动控制金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。闭环过程控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。数据处理数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。通信联网PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间。,14,1.3PLC的基本组成,15,按控制规模（1）微型机：几十点（2）小型机：500点以下（3）中型机：5001000点（4）大型机：1000点以上（5）超大型机：10000点按结构（1）整体式：小型机常采用整体式（2）组合式：中、大型机常采用组合式,PLC的分类,16,主要生产厂家：美国Rockwell自动化公司所属的A-B（AllenBradly）公司，GE-Fanuc公司，德国的西门子（SIEMENS）公司法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司等,17,OMRON公司的整体式PLC,C28P,18,CPM2A,19,CPM1A,20,CQM1,OMRON公司的组合式PLC,21,C200HE,OMRON公司的组合式PLC,22,CVM1,底版,OMRON公司的组合式PLC,23,整体式PLC的基本组成框图,24,组合式PLC的基本组成框图,25,输入并存储用户程序；,CPU指挥PLC完成各种预定的功能,检查、校验用户程序，发现错误即报警；,执行用户程序、驱动外部输出设备动作；,诊断故障、记忆故障信息并报警。,1.CPU单元,26,系统程序存储器存储系统程序,用户程序存储器存储用户程序,工作数据存储器存储工作数据,2.存储器,27,PLC与外部设备联系的桥梁,开关量输入单元,开关量输出单元,3.输入/输出单元,28,直流输入电路,光电耦合,外部开关,输入点的状态显示,输入点,公共端,29,交流输入电路,光电耦合,输入点的状态显示,外部开关,输入点,30,晶体管输出电路,光电耦合,输出点,公共端,输出点的状态显示,31,晶闸管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,32,继电器输出电路,输出点的状态显示,继电器,机械触点,公共端,输出点,33,PLC由开关式稳压电源为内部电路供电,抗干扰性能好,有的PLC能向外部提供24V的直流电源,可作为输入单元连接的外部设备的电源,开关电源,输入电压范围宽,体积小,重量轻,效率高,4.电源单元,34,I/O扩展端口,5.I/O扩展端口,C28P,35,I/O扩展端口,CPM1A的外设端口和I/O扩展端口,36,I/O扩展单元,A/D转换单元,I/O扩展端口可以连接的设备举例,37,CPM1A主机与I/O扩展器的连接,主机,I/O扩展器,连接电缆,38,I/O扩展端口连接扩展器的示意图,39,6.外设端口,外设端口,40,编程器是对PLC进行操作的工具,专用编程器,在装有专用编程软件的计算机上编程,简易编程器,直插式、便携式,计算机辅助编程,图形编程器,7.编程工具,41,显示屏,工作方式选择开关,编程位,主机,监控位,运行位,编程器,直插式编程器,42,键盘,指令键,数字键,编辑键,清除键,直插式编程器,43,便携式编程器,键盘,显示屏,工作方式选择开关,44,CPM1A主机与编程器的连接,45,CPM1A主机与编程器的连接,46,计算机辅助编程,47,智能单元本身是一个独立的系统,CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口,它们有自己的：,对组合式PLC：,智能单元是PLC系统的一个模块,与CPU单元通过系统总线相连接,在CPU单元的协调管理下独立地进行工作,对整体式PLC：,主机通过I/O扩展接口与智能单元连接,8.智能单元,48,1.4PLC的编程语言,49,PLC的编程语言,50,一、梯形图编程语言,1.梯形图编程语言,两种梯形图的继电器符号图对照,梯形图编程语言是一种图形语言，由触点、线圈和用方框表示的功能块组成,51,2.两种控制的梯形图比较,线圈,线圈,52,物理继电器,继电器需硬接线连接,触点个数有限,PLC继电器,继电器用程序软连接,触点个数无限,继电器的接线改变控制功能改变,PLC的用户程序改变控制功能改变,3.两种控制中继电器的区别,PLC触点实质上是存储器中某1位,53,用PLC控制外部接线不变，改变用户程序。,用继电器控制要改变控制电路的实际接线。,继电器控制接线,PLC控制外部接线,输出设备,欲改变控制功能：,例如,54,二、语句表编程语言,用助记符表示指令的功能,多条指令语句的组合构成了语句表程序,指令语句是PLC用户程序的基础元素,LD00000OR01000ANDNOT00001OUT01000,梯形图程序语句表程序,55,1.5PLC的工作原理,56,一、PLC采用循环扫描工作方式,扫描工作分为5个阶段,57,循环扫描工作流程,PLC,接通电源,初始化,硬件检查,正常？,异常报警,异常处理,扫描周期监视,执行用户程序,程序结束？,扫描周期检查,有固定设置？,等待,扫描周期计算,I/O刷新,外设端口服务,异常,58,1.PLC扫描工作各环节的功能,PLC上电后，首先检查硬件是否正常。,按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。,对输入的数据进行处理，将结果存入输出映象寄存器。,计算扫描周期。,若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。,母线,I/O刷新阶段。,外设端口服务。,读输入点的状态并写入输入映像寄存器。,将输出映像寄存器状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。,访问外设端口连接的外部设备。,59,读,读,读,写,写,执行用户程序,2.PLC执行用户程序的过程,60,3.PLC的工作过程举例,等效电路图,SB1,公共端,公共端,输出端子,输入端子,主电路,61,线圈通电,SB1闭合,00000闭合,接点闭合,触点闭合,电动机转,触点闭合,62,线圈断电,00001断开,接点断开,触点断开,电动停转,触点断开,SB2闭合,63,4.PLC执行用户程序的特点,按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序,执行程序时所需数据取自于：,输入映像寄存器,输出映像寄存器,输入映像寄存器和输出映像寄存器中的数据,输出映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变,每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据,64,1.产生I/O滞后现象的原因,二、PLC的I/O滞后现象,（1）由于PLC采用循环扫描的工作方式。,PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。,（2）输入滤波器对信号的延迟作用。,滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。,有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。,65,输出ON延时。,（3）输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。,从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间,（4）用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合,最好不要使用继电器输出型PLC。,I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。,66,程序语句安排对I/O响应时间的影响举例,当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期I/O刷新时00000的映像寄存器ON。,第一个扫描周期结束时，01000为OFF。,01000只能在第二个扫描周期结束后才能ON。,67,当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期00000的映像寄存器ON。,0100